创新、诚信、务实、高效

应用案例
联系我们

杭州市机场路水墩工业园区

电话:0571-85040548

传真:0571-85043857

Email:caijiong@jimeifuses.com

应用案例
您的位置:首页 > 应用案例
对付特大短路电流 对灾难性事故进行保护
2017-06-10 09:59:32
详细介绍

 由于电力系统配电网络容量不断增加,导致一些局部接点的短路电流达到了40 kA ~60kA的特高水平,因而对付特大短路电流已经成为电力系统发展及系统安全保障的重大课题。

一、        对付过大短路电流的传统办法

1、采用发电机断路器

普通断路器额定短路开断电流最高达到40kA,个别厂家可做到50kA,超过此短路开断能力的断路器称为发电机断路器。发电机断路器目前有少油、真空及SF6三类,它们与普通断路器的区别主要在于它们具有更高的短路开断能力及动热稳定能力,在机械特性和其它电气参数方面没有什么区别。目前国内生产厂家很少,80kA开断能力的产品价格约75万元人民币。国外如ABBSIEMENS等公司产品系列很全,设备参数很高,但价格也非常昂贵,例如广西龙滩水电站700MW机组出口发电机断路器单价高达130万美元。如果说在发电系统有时需要采用发电机断路器,那么在电力系统特别是配电系统可以说不大可能采用发电机断路器,这不仅是因为它们体积庞大、造价昂贵,主要还是因为断路器开断过程时间长(60~200ms)、不限流,因而大幅度增加了对系统及相关电力设备动热稳定能力的要求、增加系统建设的投资、影响到系统运行的安全与稳定。

2、加装限流电抗器

在变压器低压侧或发电机出口加装限流电抗器,通过增加电源内阻的方式将短路电流限制到常规断路器可以开断的水平以内,这在电力系统的应用较普遍。但限流电抗器存在许多缺点:有功及无功损耗大、降低电压质量、降低电源带负载能力、存在电磁及噪声污染等。以一台10kv/3000A,电抗率10%的中型限流电抗器为例,其阻抗约为0.231Ω,三相容量Q6237kVA,其中有功损耗约为2~3%Q(大于100kW)。假设变压器容量S=50MVA,则电抗器后可带的有功负载P=49610kW,也就是说由于限流电抗器的存在,使变压器少带有功负荷△P=S-P=390kW。若一年按8500小时、每度电按0.4元计算,由于电抗器有功和无功的影响,使电力企业损失电费=8500×0.4×(120+390)≈173万元人民币。

3、采用高阻抗变压器

这种方法与加装限流电抗器非常类似,可以说是将限流电抗器移植到变压器内部去了,即将外部问题内部化,除拥有限流电抗器的所有缺点外,还影响到变压器本身工作的可靠性。例如一台110kV/50MVA高阻抗变压器,需要24组风扇散热,散热系统本身的运行维护很麻烦,任何一组风扇出现故障,变压器就需要降容运行甚至退出运行。

4、使电网开环运行

为了回避系统短路可能出现的过大短路电流,在很多情况下不得不使系统开环运行,这样相当于牺牲了供电的可靠性、牺牲了供电质量。

 

二、        采用限流器对付特大短路电流

1、限流器主要类型

(1)    基于高温超导技术的限流器

目前高温超导体临界温度80K~110K,即零下200℃附近,制造技术及工艺要求极高,造价及运行维护费用极高。这类产品国际上处于工业样机阶段,属于概念型产品,虽然前景美好,也是世界研究热点,但距离实用化、产业化还有很长的路要走。

(2)    基于功率半导体器件的限流器

           高参数功率半导体器件目前价格还相当昂贵,一个单元模块价格在2万元人民币左右。不仅如此,这些器件的单元模块压降一般都在2V以上,一套10kV产品要用几十只单元模块,正常工作时功耗非常大、发热厉害,所以要使其基本发挥额定电流水平还必需采用去离子水强迫冷却。此类限流器技术及工艺要求高、价格昂贵、高功耗和存在漏电流,使其实用性上受到很大的限制。

 

 

 

3)基于爆破切割技术的限流器

在欧美等国,此产品已有十余年的历史,有数千套产品正在运行。代表产品有德国ABB公司的IS-limiter、美国G&W公司的Clip、法国FERRAZ公司的Pyro-breaker等,这些产品的额定参数可以到4000A200kA36kV,从短路发生到切除故障仅需要几个毫秒,被称为世界上开断速度最快的开关,其开断过程与普通高压限流熔断器类似。这类产品在额定电流下的损耗只有200瓦左右,技术成熟,已经实用。虽然动作后需要更换备件,但根据国外统计,这类限流器平均3年动作1次,所以在实际使用上也是很经济合理的。

              我公司研制的DDX1 短路电流限制器就属于此类产品。其技术指标已经达到国外同类产品的水平,并在很多方面有所创新。关于DDX1的详细性能指标参见其技术说明书。

 

 

2、应用实例分析

(1)    安装在主变低压侧出口

案例21.jpg

1

            云南某220kV变电站主接线简图如图1所示(两台主变相同),经计算其10kV开关DL1出口短路时短路电流将达到42kA,而DL1的额定短路开断电流为40kA,所以此处存在重大短路电流开断能力不足的重大事故隐患,急需进行改造。若在断路器DL1前串接限流电抗器,则两台主变的改造需要花费130万元人民币,而且涉及到增加土建工程;不仅如此,此电抗器每年的有功损耗折合人民币约30万元。而在DL1前串接DDX1短路电流限制器,则不需要额外的土建工程,只需要将DL1柜体前的隔离插头柜改造,安装上DDX1即可,总投资只需70万元左右,而且DDX1没有能耗之忧。当然DDX1一旦动作,就需要及时更换备件,但此处的重大短路也许十年八年也遇不到一次,所以采用DDX1作为灾难性事故的保护是非常合适的。

 

(2)    安装在发电厂馈线或厂用电分支回路

 

案例22.jpg

2

某热电厂主接线示意图如图2所示,发电厂发出的电能原来通过110kV变电站上网,后来电网改造后需要经过220kV变电站上网,造成1#~4#馈线出口短路电流达到45kA的特高水平(由各发电机及主网共同提供短路电流),而所有馈线断路器的额定短路开断电流都是40kA,于是突显出馈线断路器开断能力不足的重大事故隐患。考虑到安装空间问题,改造的最佳方案是在1#2#主变的低压侧断路器DL1DL2回路中各串联一台DDX1-12/3500-63设备,当6kV母线及各馈线出口发生短路时,由DDX1将系统倒送的约25kA的短路电流在几毫秒时间内切断,剩余的发电机回路的短路电流各开关可以轻松对付。

(3)    安装在发电机出口

案例23.jpg

3

        100MW机组在发电机出口需要安装短路开断能力80kA的发电机断路器,不仅如此,对发电机系统其它电器设备的动热稳定能力要求也提到了一个过高的水平,需要较大幅度增加建设投资来满足这一要求。采用DDX1与一台普通的40kA断路器DL1串联,既解决了短路开断问题,又使建设投资控制在合理的范围内,同时此配置可以更有效地保护发电机回路。